400t/d垃圾焚烧锅炉结焦的原因分析与处理措施

栗德春

摘要：垃圾焚烧是当前城市生活垃圾处理最有效的方式，焚烧产生的热量可转换为电能，此技术得到了广泛应用。垃圾焚烧过程中的垃圾品质、炉内燃烧温度、锅炉配风等因素，会使熔融灰粘附于炉内受热面形成焦块，炉内侧墙、前后拱结焦会影响锅炉燃烧，大面积结焦燃烧会导致锅炉传热恶化，排烟温度升高，厂用电率上升，锅炉被迫停炉。现针对某400 t/d垃圾焚烧锅炉的结焦问题进行了分析，提出了相应的处理措施，保证了锅炉的安全、稳定运行。

关键词：垃圾发电;锅炉结焦;风量;炉膛温度

0 引言

我国城市化进程不断加快，城市生活垃圾越来越多，种类复杂，大部分垃圾带有毒性，危害生态环境且不容分解[1]，因此，处理城市生活垃圾迫在眉睫。常见的城市生活垃圾处理方法有填埋处理、焚烧处理、堆肥处理[2]。焚烧处理减量效果显著，可以从根源解决“垃圾围城”问题，垃圾焚烧产生的余热还可实现电能转换，是国内外处理城市生活垃圾的主要方式。近几年，国内垃圾发电项目发展迅速[3]，文献[4]提出排烟热损失是影响垃圾焚烧发电厂锅炉效率的关键因素之一。实际生产中，垃圾焚烧锅炉因垃圾品质、炉内燃烧温度、锅炉配风等因素会使锅炉结焦，水冷壁管吸热减弱，排烟温度上升，排烟热损失加大[5]。

本文基于某400 t/d垃圾焚烧发电厂锅炉结焦的问题，随机抽取4种不同热值的垃圾样品进行剖析，提出针对性措施，以改善锅炉结焦问题，提高了锅炉热效率，保障了机组的安全、稳定运行。

1 设备概况

该垃圾发电厂项目工程的日处理垃圾能力为800 t/d，垃圾焚烧炉采用2×400 t/d三段顺推往复式炉排炉，采用无锡华光锅炉股份有限公司的多级炉排垃圾焚烧技术，炉膛为膜式水冷壁结构，烟气为三流程布置方式，锅炉为中压、单汽包自然循环水管锅炉，过热器分高、中、低三级过热器，中间设二级喷水减温器，尾部设五级省煤器。该锅炉长周期运行，结焦问题严重，主要分布于锅炉侧墙、燃烧段位置，如图1、图2所示。

2 结焦原因

2.1    垃圾品质

垃圾种类和含水率决定其发热量的高低，发热量高低对锅炉的结焦影响程度不同[6]。该垃圾发电厂位于河北省境内，燃料主要来源于所在市各辖区、县城市生活垃圾，主要含塑料、生活废品、边角料、工业垃圾等，其含水率不稳定，忽高忽低，熱值变化明显。对比不同热值生活垃圾在相同时间内（48 h）的锅炉结焦情况，如表1所示。

从表1可以看出：该垃圾发电厂燃用垃圾热值均高于设计值，垃圾热值在设计值附近锅炉无结焦，垃圾热值在8 280 kJ/kg时，锅炉结焦现象最为严重。

2.2    炉内温度

若炉膛温度控制不合理，锅炉易产生结焦问题。有研究认为，炉膛温度在850 ℃时，可以保证垃圾焚烧过程中产生的二噁英彻底分解[7]，但此时火焰中心温度在1 100 ℃以上，飞灰易软化熔融产生流焦现象，在靠近炉膛内壁较低温度处形成焦块;另一方面，因炉膛温度测点挂焦或挂灰时，其测点温度与实际温度存在偏差。王海泉[5]的研究表明：测点温度与理论温度相差50 ℃时，实际温度可能超过200 ℃，因季节变化产生的温度偏差不同，造成实际温度过高，出现锅炉结焦问题。

该垃圾发电厂在燃烧4种不同热值垃圾时，炉内温度均大于880 ℃（设计值），如表2所示。停炉检查各炉膛温度测点均有挂焦现象，DCS显示炉膛测点温度按规程规定控制时，较实际温度偏高。综上所述，炉膛温度过高是导致该垃圾发电厂锅炉结焦的主要原因。

2.3    锅炉配风量

过量空气系数对垃圾燃烧状况影响很大，供给适当的过量空气是有机物完全燃烧的必要条件，炉内垃圾燃烧所需氧量通过锅炉配风调整，减少炉膛漏风量，维持风量平衡可以解决结焦问题。从已有的案例[8-9]分析可知，炉内风量不平衡主要表现在以下两方面：一是配风量偏低，烟气测试中CO含量偏高，使无机物灰渣熔点降低，锅炉内壁结焦;二是二次风机投入可靠性不高，氧量长时间偏低、风速不够，飞灰颗粒因自重而大面积沉积，在喉部上方结焦。锅炉运行中氧量长期维持在5.2%～6.8%，远低于设计值6%～10%，氧量偏低、风速不够，飞灰颗粒因自重而大面积沉积是该垃圾发电厂锅炉结焦的又一原因。

3 针对性措施

本文针对4种不同热值垃圾对锅炉结焦现象进行分析，采取相应的控制措施，可缓解锅炉结焦问题，保证锅炉的正常运行，提高其工作效率。

3.1    不同热值垃圾掺配

该地区垃圾成分复杂，其含水率多变，热值不稳定，根据2.1中的分析，提出入厂垃圾应实施精细化管理的建议，严格化验入厂垃圾热值，对高、低热值垃圾进行充分混合，控制混合后的垃圾热值在5 000 kJ/kg左右，锅炉结焦问题得以减缓。

3.2    控制炉膛温度

文献[5]阐述了通过喷水降低炉膛温度的方法，结合该垃圾发电厂实际情况，一是采取降低炉膛温度运行，控制在850 ℃左右，避免因炉膛温度与测点温度偏差带来的影响;二是将不同热值垃圾混合后焚烧，炉膛温度高于880 ℃时，向炉膛喷入锅炉连续排污扩容器回收水的方法降低炉膛温度;三是炉膛侧墙采用空气冷却。运行实践表明，这3种方法降低炉膛温度的效果明显，实测炉膛温度在二噁英分解温度可控范围，可以抑制炉膛结焦，同时锅炉连续排污扩容器回收水还可重复利用。

3.3    氧量控制

合理配风、控制氧量在适合范围、维持风量平衡是维持空气动力场的重要因素[10]。根据试验得出：结合3.1、3.2所述措施，正常运行时干燥预燃区、主燃烧区、燃尽区，3个区域按3：5：2配风;适当增加送风量，维持氧量在6%～8%，结焦程度在可控范围内。同时，调整燃烧时切记先调整料层后调整配风，做到超前调节、勤调整，避免大幅度调整。

4 结语

该垃圾发电厂所在区域的垃圾热值变化较大，加之运行控制不当，炉膛结焦问题严重。在保证二噁英分解、锅炉稳定燃烧的情况下，发电厂采用不同热值垃圾混合后焚烧，控制热值尽量在设计值附近;炉内喷水、炉膛侧墙空气冷却方法可控制炉膛温度;优化不同燃烧区域的配风比例，可提高氧量至6%～8%，这些措施对抑制锅炉结焦问题有显著效果。出现类似问题的垃圾发电企业，可结合本单位实际情况，合理运用本文阐述的相关措施解决问题。

[参考文献]

[1] 郭建明.城市生活垃圾处理技术现状及管理对策[J].城市建设理论研究（电子版），2019（11）：13.

[2] 张英民，尚晓博，李开明，等.城市生活垃圾处理技术现状与管理对策[J].生态环境学报，2011，20（2）：389-396.

[3] 李静，容庆.我国生活垃圾焚烧发电项目效益分析及政策建议[J].应用能源技术，2019（7）：51-53.

[4] 陈飞，罗威威，尤俊，等.福州某垃圾焚烧厂锅炉燃烧热效率关键影响因素研究[J].质量技术监督研究，2019（5）：36-38.

[5] 王海泉.浅析垃圾发电厂余热锅炉结焦原因及解决对策[J].电子世界，2016（15）：142-143.

[6] 王国琦，姚昌模，夏清刚.垃圾焚烧炉结焦成因分析及对策[J].重庆电力高等专科学校学报，2018，23（4）：37-39.

[7] 周芳磊.生活垃圾焚烧发电厂二噁英控制研究与实践[J].环境卫生工程，2019，27（6）：93-96.

[8] 赖志燚，马晓茜，余昭胜.前、后拱和二次风对垃圾焚烧炉燃烧影响研究[J].锅炉技术，2011，42（4）：70-74.

[9] 王海川，曾祥浩，廖艳芬，等.大型城市生活垃圾焚烧炉配风优化数值模拟研究[J].化学工程与装备，2020（2）：10-11.

[10] 马晓茜，刘国辉，余昭胜.基于CFD的城市生活垃圾焚烧炉燃烧优化[J].华南理工大学学报（自然科学版），2008，36（2）：101-106.